Радиационный баланс Земли как планеты

Земля как планета получает из мирового пространства тепло и отдает его в мировое пространство только радиационным путем. Так как средняя температура Земли мало меняется во времени, то очевидно, что радиационный баланс Земли (разность поглощенной радиации и излучения в мировое пространство) должен быть равен нулю.

В действительности этот баланс не совсем точный. Он был бы точным, если бы речь шла о безжизненном астероиде. Но на Земле есть жизнь, живое вещество — растения, которые с помощью энергии Солнца создают живую материю, вступающую в бесконечный круговорот. И не вся энергия Солнца, которая получена Землей, возвращается в космос. Часть ее оказывается захороненной в недрах планеты. Залежи нефти и газа как раз и содержат часть солнечной энергии, которая была получена Землей, но не отражена в космос. Однако, любой фактор, замедляющий выход этой энергии в космос, должен приводить к повышению температуры в биосфере.

• 4. Тепловой (энергитический) баланс

• Земля получает от Солнца огромное количество энергии и сохраняет при этом примерно постоянную температуру. Значит, наша планета излучает в космос почти такое же количество энергии, какое получает из космоса: приход и расход должны быть сбалансированы, иначе система однажды потеряет устойчивость. Земля либо нагреется, либо замерзнет и превратится в безжизненное тело.

• Уравнения теплового баланса представляют собой частные формулировки одного из физических законов — закона сохранения энергии. Эти уравнения могут быть составлены для различных объемов или поверхностей в атмосфере, гидросфере и литосфере

Общие законы организации биосферы Земли

• 1-й В. И. Вернадского: Количество живого вещества Биосферы (для данного геологического периода) есть константа.

• 2-й В. И. Вернадского: Миграция химических элементов на земной поверхности и в Биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО, Н₂ и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей человеческой истории.

• 3-й В. И. Вернадского: Геохимическая биогенная энергия в Биосфере стремится к ее максимальному проявлению.

• 4-й В. И. Вернадского: При эволюции видов в Биосфере выживают те организмы, которые своей жизнестойкостью увеличивают геохимическую энергию.

• Правило незамкнутости биотических круговоротов. Все биологические циклы (круговороты) незамкнуты и идут с образованием биогенных геологических пород и антропогенным выпадением ряда элементов.

• Закон сохранения структуры биосферы (первый закон экодинамики Ю.Голдсмита): в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, хотя она и несколько меняется с ходом эволюции.

• Второй закон экодинамики Ю. Голдсмита: для сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости или экологического равновесия.

Законы взаимодействия системы Человек-Биосфера

• 1. Четыре правила (арфоризма) Бари Коммонера:

• 1.1. Все связано со всем

• 1.2. Все должно куда-то деваться

• 1.3. Природа знает лучше

• 1.4. Ничто не дается даром (за все придется заплатить)

• 2. Закон бумеранга, или закон обратной связи взаимодействия человек — биосфера П. Дансеро (1957): Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возвращено.

• 3. Закон необратимости взаимодействия человек — биосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а потому превышения возможностей их восстановления.

• 4. З акон убывающей отдачи А. Тюрго — Т. Мальтуса. Повышение удельного вложения энергии в агросистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности (урожайности).

• 5. З акон, или правило демографического насыщения: в глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека.

• 6. Правил ускорения исторического развития: чем стремительнее под воздействием антропогенных причин изменяется среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее по принципу обратной связи происходит перемена в социально-экологических свойствах человека, экономическом и техническом развитии общества. (Знак процесса может быть положительным и отрицательным. В ответ на ухудшающиеся показатели среды жизни возникают механизмы, стремящиеся ее улучшить (смена поколений техники, ресурсосберегающее наукоемкое производство, демографическое регулирование).

• 7. Правила меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции).

• Из правила меры преобразования природных систем следует ряд выводов:

• 7.1. Единица (возобновимого) ресурса может быть получена лишь в некоторый, определяемый скоростью функционирования системы (и их иерархии), отрезок времени. В течение этого отрезка нельзя переходить рубежи ограничений, диктуемых всеми теоремами экологии, изложенными в предыдущих разделах этой главы.

• 7.2. Перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы с участием живого, как правило, невозможно.

• 7.3. Рационально проведение хозяйственных мероприятий лишь в рамках некоторых оптимальных размеров, выход за которые в меньшую и большую стороны снижает их хозяйственную эффективность.

• 7.4. Преобразовательная деятельность не должна выводить природные системы из состояния равновесия путем избытка какого-то из средообразующих компонентов, т. е., если это необходимо, требуется достаточная компенсация в виде относительно непреобразованных природных систем, например, оптимальная лесистость и т. п.

• 7.5. Преобразование природы (если оно не восстановительное, «мягкое») дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных местностях или в биосфере в целом.

• Коренное отличие природных систем от техногенных заключается в их способности к самоорганизации и саморазвитию; мера неупорядоченности- энтропия - в природных системах естественным образом уменьшается.

•
В техногенных системах – городах, промышленных предприятиях – массо-энергообмен резко отличается от процессов, протекающих в природе. Ресурсные циклы производства и потребления открыты. Поток вещества и энергии через производственную систему почти не имеет обратной положительной связи. На входе – это все возрастающее потребление ресурсов и энергии, ведущее к деградации природных систем; на выходе – огромное количество отходов и отбросов, поступающих в окружающую среду, что является главной причиной ее загрязнения.

• Энтропия техногенных систем имеет тенденцию к росту: возникают аварии, нарушаются связи управления, усиливается хаос.

Дата добавления: 2014-01-07